細胞の自己タンパク質分解システム・オートファジーの分子機構と生体における役割

• 研究課題/領域番号: 15032256
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 国立遺伝学研究所
• 研究代表者: 吉森 保 国立遺伝学研究所, 細胞遺伝研究系, 教授 (60191649)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 7,200千円 (直接経費: 7,200千円); 2004年度: 4,200千円 (直接経費: 4,200千円); 2003年度: 3,000千円 (直接経費: 3,000千円)
• キーワード: オートファジー / 分解 / A群レンサ球菌 / 赤痢菌 / 自然免疫 / 神経変性疾患 / リソソーム / 微小管 / タンパク質分解 / Atg5 / フォールディング異常病 / α_1アンチトリプシン / 病原性細菌 / エンドソーム

研究概要

細胞を構成するタンパク質の大部分は、最終的にオートファジーによりリソソームに運ばれ分解・再利用されている。オートファジーは細胞の代謝回転などに重要であるばかりでなく、発生・分化や様々な疾患とも密接に関係すると考えられている。タンパク質の一生を演出する分子基盤とその破綻を理解する上でオートファジーの実態を知ることは極めて重要であるが、その分子機構や生理的病理的意義には不明の点が多い。本研究では、オートファジーを担うオルガネラ・オートファゴソームの膜動態とフォールディング異常病や病原性細菌の細胞内侵入等の疾患におけるオートファジーの意義を明らかにすることを目指した。本年度は、細胞内に侵入したA群レンサ球菌をオートファジーが効率よく捕獲除去することを報告した。本菌は、ストレプトリシンOの作用でエンドソームから細胞質に進出する。それが引き金となってオートファジーが誘導され、菌特異的な捕獲と分解が起こる。オートファジー不能細胞では、菌は増殖し細胞外に出て感染を拡大する。一方赤痢菌も細胞質に現れるが、IcsBという蛋白質を分泌することでオートファジーによる捕獲を免れることも分かった。これらの結果は、オートファジーが細胞成分のみならず異物分解も行い一種の自然免疫として機能していることを初めて示すものである。またマウスが生まれた直後深刻な飢餓に陥り、それを克服して生き残るにはオートファジーが必要なことを示した。さらに細胞内で凝集し神経変性疾患の原因となる長いポリグルミタン鎖が、オートファジーを誘導することを、セミインタクト細胞を用いたアッセイ系で明らかにした。オートファゴソームが、微小管依存的に移動し、リソソームとkiss-and-run方式で融合することを見いだした。

研究成果

• [雑誌論文] Escape of Intracellular Shigella from Autophagy (2005)
  • 著者名/発表者名: Ogawa M, Yoshimori T, Suzuki T, Sagara H, Mizushima N, Sasakawa
  • 雑誌名: Science 307 ページ: 727-731
• [雑誌論文] Inhibition of Macroautophagy Triggers Apoptosis (2005)
  • 著者名/発表者名: Boya P, Gonzalez-Polo R-A, Casares N, Perfettini J-L, Dessen P, Larochette N, Metivier D, Meley D, Souquere S, Yoshimori T, Pierron G, Codogno P, Kroemer G
  • 雑誌名: Mol.Cell.Biol. 25 ページ: 1025-1040
• [雑誌論文] Endothelial nitric oxide synthase antisense (NOS3AS) gene encodes an autophagy-related protein (APG9-like2) highly expressed in trophoblast (2005)
  • 著者名/発表者名: Yamada T, Carson A R, Caniggia I, Umebayashi K, Yoshimori T, Nakabayashi K, Scherer S W
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 10 ページ: 1074-1074
• [雑誌論文] In vivo analysis of autophagy in response to nutrient starvation using transgenic mice expressing a fluorescent autophagosome marker (2004)
  • 著者名/発表者名: Mizudhims N, Yamamoto A, Matsu M, Yoshimori T, Ohsumi Y
  • 雑誌名: Mol.Biol.Cell 15 ページ: 1101-1111
• [雑誌論文] Coronavirus Replication Complex Formation Utilizes Components of Cellular Autophagy (2004)
  • 著者名/発表者名: Prentice E W, Jerome G, Yoshimori T, Mizushima N, Denison M R.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 279 ページ: 10136-10141
• [雑誌論文] LC3, GABARAP and GATE16 localize to autophagosomal memberane depending on form-II formation. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kabeya Y, Mizushima N, Hitani-Okamoto S, Ohsumi Y, Yoshimori T.
  • 雑誌名: J.Cell Sci. 117 ページ: 2805-2812
• [雑誌論文] Mammalian class E Vps proteins, SBP1 and mVps2/CHMP2A, interact with and regulate the function of an AAA-ATPase SKD1/Vps4B (2004)
  • 著者名/発表者名: Fujita H, Umezuki Y, Imamura K, Ishikawa D, Uchimura S, Nara A, Yoshimori T, Hayashizaki Y, Kawai J, Ishidoh K, Tanaka Y, Himeno M.
  • 雑誌名: J.Cell Sci. 117 ページ: 2997-3009
• [雑誌論文] Alfy, a novel FYVE domain-containing protein associated with protein granules and autophagic membranes (2004)
  • 著者名/発表者名: Birkeland H C G, Simonsen A, Gillooly D J, Mizushima N, Kuma A, Yoshimori T, Slagsvold T, Brech A, Stenmark H
  • 雑誌名: J.Cell.Sci. 117 ページ: 4239-4251
• [雑誌論文] Role of autophagy during the early neonatal starvation period (2004)
  • 著者名/発表者名: Kuma A, Hatano M, Matsui M, Yamamoto A, Nakaya H, Yoshimori T, Ohsumi Y, Tokuhisa T, Mizushima N
  • 雑誌名: Nature 432 ページ: 1032-1036
• [雑誌論文] Autophagy defenses cells against invading group A Streptococcus (2004)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa I, Amano A, Mizushima N, Yamamoto A, Yamaguchi H, Kamimoto T, Nara A, Funao J, Nakata M, Tsuda K, Hamada S, Yoshimori T
  • 雑誌名: Science 306 ページ: 1037-1040
• [文献書誌] Saeki K, Hong Z, Nakatsu M, Yoshimori T, 他: "Insulin-dependent signaling regulates azurophil granule-selective macroautophagy in human myeloblastic cells."J.Leukoc.Biol.. 74. 1108-1116 (2003)
• [文献書誌] Ohashi M, Mizushima N, Kabeya Y, Yoshimori T.: "Localization of Mammalian NAD(P)H Steroid Dehydrogenase-like Protein on Lipid Droplets."J.Biol.Chem. 278. 36819-36829 (2003)
• [文献書誌] Katoh K, Shibata H, Suzuki H, Nara A, Ishidoh K, Kominami E, Yoshimori T 他: "The ALG-2-interacting protein Alix associates with CHMP4b, a human homologue of yeast Snf7 that is involved in multivesicular body sorting."J.Biol.Chem. 278. 39104-39113 (2003)
• [文献書誌] Kanazawa C, Morita E, Yamada M, Ishii N, Miura S, Asao H, Yoshimori T 他: "Effects of deficiencies of STAMs and Hrs, mammalian class E Vps proteins, on receptor downregulation"Biochem.Biophys.Res.Commun.. 309. 848-856 (2003)
• [文献書誌] Yamakami M, Yoshimori T, Yokosawa H.: "Tom 1, a VHS domain-containing protein, interacts with Tollip, ubiquitin, and clathrin"J.Biol.Chem. 278. 52865-52872 (2003)
• [文献書誌] Mizushima N, Yamamoto A, Matsui M, Yoshimori T, 他: "In vivo analysis of autophagy in response to nutrient starvation using transgenic mice expressing a fluorescent autophagosome marker"Mol.Biol.Cell. 15. 1101-1111 (2004)
• [文献書誌] Yoshimori T, 他(共著): "Autophagy"Eurekah.com. 204-210 (2003)